水平冲击荷载作用下钢管混凝土柱动力响应试验与数值模拟

为研究钢管混凝土柱在侧向冲击荷载作用下的动力性能,进行了2根圆形钢管混凝土柱的水平冲击试验,实测了冲击过程中冲击力、冲击点位移时程曲线及冲击力-位移曲线等冲击响应。建立了ABAQUS非线性有限元模型,对破坏模态及冲击力、冲击点位移时程曲线等动态响应进行模拟,模拟结果与试验结果吻合良好,进而用有限元模拟结果揭示了钢管混凝土柱在冲击荷载下的破坏机理,即整体失效过程分为冲击区局部响应、柱顶支座响应、稳定响应和卸载响应4个阶段。结果表明:在冲击荷载作用下,钢管混凝土柱发生弯剪型破坏;所得结论为深入认识钢管混凝土柱的抗冲击行为和破坏形态提供了试验与理论基础,可为今后研究制定合理的抗冲击设计方法提供依据。     

侧向冲击作用下圆钢管混凝土构件的数值模拟分析

首先利用LS—DYNA程序对一圆钢管混凝土构件落锤冲击试验进行数值模拟;然后对1根两端固支的钢管混凝土构件在侧向冲击作用下的动力响应进行分析,模拟过程中混凝土采用能较好模拟复杂试验结果的CONCRETE_DAMAGE_REL3模型,钢管采用随动硬化模型,同时通过共用节点方法模拟钢管和混凝土之间的相互作用,通过面面接触方式模拟冲击体与构件之间的接触作用;最后对两端固支的钢管混凝土构件在不同条件下的动力响应进行比较和分析,得到了冲击体动能、冲量对构件变形、支座和跨中内力的影响。结果表明：试验结果与数值模拟结果符合较好,采用该数值模拟方法可以很好地模拟圆钢管混凝土构件在侧向冲击荷载作用下的动力响应。     

预应力混凝土箱梁整桥力学特性分析

基于大型非线性有限元软件MSC.MARC,建立整桥预应力箱梁三维非线性有限元模型,其中混凝土采用六面体单元,钢筋采用truss杆单元,预应力通过钢筋单元的初始应力输入施加。模拟分析了整桥在各种汽车工况荷载作用下的结构力学特性,结果表明:对称的车辆荷载作用下,跨中截面最大主应力较小,偏载的车辆荷载作用下,跨中截面最大主应力较大,各种工况下最大主应力均小于混凝土抗拉强度,混凝土不会开裂,满足规范要求。     

某钢管混凝土系杆拱桥静载试验研究

介绍某钢管混凝土系杆拱桥荷载试验;同时,建立了平面及空间有限元模型,对该桥进行静力和结构自振特性的仿真分析。通过分析结果与实桥测试结果对比,对桥梁的结构性能进行了评价,对同类桥型的设计及试验有借鉴作用。     

基于不同间距荷载的拱桥舒适性研究

以某钢管混凝土拱桥为工程背景,对移动车辆荷载作用下大跨钢管混凝土拱桥的舒适性进行了研究。利用Midas/Civil建立有限元模型,计算出拱桥上节点在移动车辆荷载作用下的振动响应。根据各节点的最大速度利用振动感觉指标对拱桥进行舒适性的研究。结果表明随着两车间距的不同对拱桥上行人的舒适性影响发生有规律的变化,为该类桥梁设计和舒适性研究提供一定的依据。     

钢管混凝土下承式刚架系杆拱桥中墩拱脚局部受力分析

多跨钢管混凝土下承式刚架系杆拱桥的中墩位置构造复杂,采用杆系结构计算难以得到实际结构的应力分布。文章建立以某钢管混凝土下承式刚架系杆拱桥为背景,建立其中墩拱脚连接部位的实体有限元模型,分析在最不利荷载组合作用下的拱脚固结区域应力分布。计算结果表明:中墩拱座混凝土最大主压应力出现在钢-混结合交结面处;混凝土最大主拉应力出现在横梁支座位置;拱脚拱肋受弯作用明显,最大等效应力最大出现在下弦管的下翼缘。相关计算结果可为类似结构分析提供参考。     

车辆荷载下连续刚构桥冲击系数分析

为了研究桥梁在移动车辆荷载作用下的动力特性和冲击系数,以某连续刚构桥为计算实例,采用有限元软件Midas/Civil建立桥梁结构的有限元模型,将车辆荷载近似模拟为三角形荷载,用时程分析法分析了车辆荷载作用下连续刚构桥的动力响应特征,分析了车辆在不同车速、不同车重作用下车辆荷载因素对连续刚构冲击系数的影响规律,并提出相应的结论,为桥梁结构在移动车辆荷载作用下的安全性、适用性提供参考依据。     

肋间横撑对系杆拱桥稳定性及自振特性的影响

以某钢管混凝土系杆拱桥为例,采用空间有限元分析软件Midas Civil建立了有限元分析模型,并分析了肋间横撑及其形式对钢管混凝土系杆拱桥的稳定性及自振特性的影响,根据分析结果指出:可以通过设置肋间横撑和改变横撑形式来提高钢管混凝土系杆拱桥的横向刚度。     

浅谈钢管混凝土系杆拱桥拱肋的数值模拟方法

对钢管混凝土系杆拱桥的拱肋在有限元分析中的模拟方法进行了探讨,并以一40 m跨的钢管混凝土系杆拱桥为算例,运用大型有限元软件M IDAS/C IVIL对该桥进行全桥计算,主要考察了钢管混凝土拱肋在施工过程中各种模拟方法的异同和管内混凝土收缩徐变对钢管混凝土系杆拱桥拱肋的影响,通过对计算结果的比较分析,得出一些有指导意义的结论。     

飞鸟式钢管混凝土刚架系杆拱桥施工过程仿真分析

飞鸟式钢管混凝土刚架系杆拱桥结构体系复杂,施工技术难度大.采用大型有限元计算软件MIDAS/CIVIL建立拱桥结构有限元模型,对某飞鸟式钢管混凝土刚架系杆拱桥施工阶段仿真分析进行建模,为此类桥梁的设计与施工提供参考.     

上承式钢管混凝土拱桥动力特性分析

为研究上承式钢管混凝土拱桥的动力特性,以大型有限元计算软件ANSYS为平台,对跨径为252 m的上承式钢管混凝土拱桥——千岛湖1号特大桥建立了空间有限元模型,进行了动力特性分析。通过对前十阶频率和振型的分析,得出结论:面内基频一般较面外基频大,尤其是大跨度拱桥,应注意保证拱的横向稳定性;桥面系的面内振动与拱肋基本同步,桥面系的面外振动受桥面系与拱肋之间联结形式的影响较大,采用立柱或刚性吊杆联结时,二者振动基本同步;通过收集到的大量钢管混凝土拱桥的结构型式和基频计算结果,可得出钢管混凝土拱桥基频随跨径的变化趋势,并由此回归出频率对于跨度的公式,当缺少实测资料时,可作为工程设计中的参考依据。     

#br# 我国钢管混凝土拱桥应用现状与展望

共收集到截止2015年1月的已建和在建的钢管混凝土拱桥413座（跨径不小于50m）。统计分析表明,钢管混凝土拱桥在我国修建的数量不断增多、跨径不断增大。从行业分布来看,在公路、城市桥梁中的应用仍是主体,在铁路尤其是高速铁路中的应用不断增多。在结构体系方面,上承式、中承式、拱梁组合式、飞鸟式和下承式刚架系杆拱5大类,仍为主要应用的桥型,占总数的85%。在截面形式方面,以圆钢管混凝土为基本单元组成的单圆管、哑铃形和桁式是应用的主流。提篮拱被应用于各种桥型,尤其是大跨度铁路桥。无风撑拱主要应用于120m跨径以下的桥梁,且以斜靠拱和拱梁组合桥为主,截面多采用横向刚度较大的形式。拱肋的材料强度不断地提高,钢管以Q345钢为主,混凝土以C40、C50为主。虽然对桥面系强健性的重视在不断提高,然而强健性好的整体式和具有加劲纵梁的悬吊桥面系的应用还不够普及。钢管拱的架设方法仍以支架法、悬臂法和转体法3种为主,其中悬臂拼装法应用最多,适用跨径最大范围也最广。     

大跨度钢管混凝土拱桥施工技术研究

介绍了大跨度钢管混凝土拱桥主要的施工方法,并以一个上承式钢管混凝土拱桥为例,利用大型有限元软件MI．DAS对该类拱桥进行了全桥数值模拟,分析了大跨度钢管混凝土拱桥拱上结构安装各阶段内力及变形情况,为同类大跨钢管混凝土拱桥的施工控制提供了一定指导。     

Dynamic behavior of hybrid framed arch railway bridge under moving trains

In this study, the dynamic behavior of a concrete-filled steel tube (CFST) hybrid framed arch railway bridge under moving trains are investigated through an in-site dynamic test. The bridge was tested under train loadings in different scenarios and at different speeds of the trains. The free vibration characteristics, strain, displacement, and acceleration of the bridge structure were measured to evaluate the dynamic responses of the train-bridge coupling system. A three-dimensional finite element model, which took into account the train-bridge coupling and track irregularities, was established to analyze the behaviors of the train-bridge system. The model was validated against the in situ test results. The impact effect on the girder was greater than that of the arch frame. The acceleration responses of the trains on the bridge increased with the train’s speed. The riding comfort of the trains was evaluated based on the measured dynamic responses of trains.     

正交异性钢桥面板与纵横梁协同工作研究

为考察混凝土桥面板更换为正交异性钢桥面板后桥面板与纵横梁的协同工作状况,对全桥试验荷载作用下桥面板更换前后纵横梁相应测点处应变进行对比分析。用ANSYS有限元分析软件,采用壳单元建立了正交异性钢桥面板和纵横梁共同工作的局部三维有限元模型,按照有关规范规定对模型加载,对比分析了桥面板更换前后纵横梁受力状况。结果表明,新老构件协同工作效果良好,可判断大跨度栓焊桁架桥采用正交异性板进行加固有着很好的效果。     

钢管混凝土拱桥有限元模拟及动力分析

阐述了利用有限元分析软件ANSYS建立钢管混凝土拱桥的计算模型的方法,并利用有限元模型对桥梁进行了理论模态分析,计算出自振频率、振型等动力参数,对其振型特征进行了分析和研究,以期全面的评价桥梁结构的动力性能。     

钢管混凝土拱桥地震破坏模糊评估方法

为了掌握钢管混凝土拱桥在地震后损伤和破坏情况,根据钢管混凝土拱桥各部件结构构造和受力特征,建立各个部件的杆件的基于变形或强度和能量的双重破坏评估模型,利用有限元法计算钢管混凝土拱桥非线性地震反应,研究基于模糊理论和层次分析法的地震破坏模糊评估方法。通过一座大跨钢管混凝土拱桥工程应用,由钢管混凝土拱桥的地震破坏模糊评估可知,在加速度峰值为0.1、0.2、0.4和0.8 g的地震作用下,整桥的破坏指数分别为0.150、0.152、0.172和0.318,说明在峰值为0.4 g的地震作用下桥梁为轻微破坏,在0.8 g的地震作用下,为中等破坏。     

Optimisation of a prestressed fibre-reinforced polymer shell for composite bridge deck

This paper proposes a prestressed fibre-reinforced polymer (FRP) shell for composite bridge deck with FRP and concrete. Geometric parameters including cross-section shape, arch radius and number of arches were first optimised by the finite element (FE) method. A self-balancing prestressed basalt FRP (BFRP) shell system was proposed to resist the deformation under construction load and to enhance the integrated mechanical behaviour. The mechanical behaviour of the proposed FRP shell were examined under a simulated construction load. The stresses and deformations of the FRP shell were analysed during both prestress tensioning and construction loading. A static test was further conducted on the BFRP shell-concrete composited bridge deck to verify prestressing effect. The results show a corrugated cross-section with two arches on its lower flange further enhances the stiffness of FRP shell for a composite bridge deck. The prestressed FRP shell offsets the deformation under construction by the camber and exhibits more linear structural behaviour when compared to the non-prestressed BFRP shell. The stress monitored during loading indicates a superior integrated behaviour of the FRP shell and prestressing FRP laminates. Furthermore, the load-displacement relationship of prestressed composite bridge deck demonstrates a high loading capacity and small deflection at serviceability limit state.     

中承式异形钢管混凝土拱桥动力特性分析

运用通用有限元软件ANSYS对某中承式异形钢管混凝土拱桥进行了动力特性的数值模拟分析,给出了自振频率和振型描述,并对自振特性的影响因素进行了研究.结果表明:主拱肋、竖吊杆、斜撑有助于增强拱桥的竖向刚度;副拱肋对拱桥面外振动影响较大,其外倾角影响结构整体刚度;横撑、斜撑的设置有助于提高拱肋的横向刚度,增强抗风的稳定性;二期恒载集度对竖弯振动影响较大;边界条件对拱桥的动力特性有显著影响.研究结果可以为同类桥粱的抗震设计提供参考.     

不同激励下大跨度CFST拱桥地震反应时程分析

以茅草街大桥为研究对象,基于ANSYS软件建立了该大跨度中承式钢管混凝土（CFST）系杆拱桥的三维有限元模型,并对其进行了自振特性分析,获得了结构的自振频率和振型。以此为基础,结合以Fortran Power Station4．0为平台编制的计算程序对茅草街大桥的地震反应进行了空间非线性时程分析,计算了一致、行波和多点输入下该桥的地震反应,分析比较了不同激励方式对于大跨度CFST拱桥地震反应的影响。结果表明,行波输入对该桥地震反应最为不利,使得结构关键截面内力显著增加;多点输入对结构地震反应的影响比较复杂,使有些构件内力反应增加,有些减小,但增加和减小的幅度不大。